• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2022 Fiscal Year Research-status Report

組織内水のケミカルイメージングから迫る脳の生理学

Research Project

Project/Area Number 20K20593
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

塗谷 睦生  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (60453544)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2024-03-31
Keywords組織内水 / 脳 / ケミカルイメージング / 分子動態
Outline of Annual Research Achievements

近年、脳の機能が溶質であるイオンや生理活性物質に加え、それらの共通の溶媒である脳組織内の水の量や状態によって強く制御されているという概念が提唱されるようになった。しかし、脳は光を通し難く、また、水はラベルが困難なため、脳組織内における水の可視化解析は非常に困難であった。本研究はこれらの問題を、組織透過性が高い近赤外光を用い、分子の固有振動を捉えることで可視化するラマン散乱顕微鏡を適用することで乗り越え、脳内水動態の可視化解析を図るものである。
本年度は、これまでに開発に成功したSRS(stimulated Raman scattering)シグナル検出系を備えたマルチモダル多光子顕微鏡システムを用い、マウスから調製した急性脳スライス内での水と溶質の挙動の解析を試みた。まず、このシステムを用いることにより、SRSにより水を脳組織深部において高い空間分解能で検出でき、同時に脳組織に導入した蛍光色素を2光子励起し蛍光シグナルを検出できることが明らかとなった。更に、重水と軽水をSRSにより容易に区別できることも確認した。そこで本年度は、脳組織に重水と蛍光色素を導入し、それを経時的に観察することで、脳組織内への水と蛍光色素の拡散を捉え比較することを試みた。ここから、脳組織内において水の動きを捉えることに成功し、溶質との違いを定量的に解析することに成功した。これを異なる発達段階のマウスから調製した脳スライスおよび脳スライスの虚血モデルに適用したところ、これらの条件下において色素の組織内動態は変化するものの、水の動態は変化しない、安定なものであることが明らかとなった。これらの結果は、脳組織内における水の動態は変化に対して非常に安定なものであり、色素とは全く異なる特徴を持つものであることを示しており、更にこれは脳内水動態の理解には水を直接見ることが必要不可欠であることを示唆するものとなった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

概ね当初の予定通りに研究が進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

研究実績の概要に記した通り、これまでに、脳組織内の水をSRSで、それと同時に細胞形態や溶質分子を蛍光分子の2光子励起により同時に可視化するマルチモダル多光子顕微鏡系、そしてその解析方法の確立に成功した。今後はこの独自のシステムを活かすことで、脳組織内における水と溶質の動態を捉え、その様々な条件下における変化などに関する知見の獲得を試みて行く。特に、通常の組織に加え、薬理学的・遺伝学的手法による水動態の制御候補因子の機能調節と合わせることで、脳内水動態の制御機構に関する知見の獲得を図る。更に、これまでマウスから調製する急性脳スライスを用いて研究を行ってきたが、生きた動物における計測に向け、in vivo対応型のシステムの構築を試みる。

Causes of Carryover

2022年度に予定していた論文発表が遅れたため、論文発表用に計上した予算分が次年度使用額となった。この予算は、2023年度に発表予定の論文発表費に充て、使用する計画である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Protocol to image deuterated propofol in living rat neurons using multimodal stimulated Raman scattering microscopy2023

    • Author(s)
      Zhong W, Oda R, Ozeki Y, Yasui M, Nuriya M
    • Journal Title

      STAR Protocols

      Volume: 4(2) Pages: 102221

    • DOI

      10.1016/j.xpro.2023.102221

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 非線形光学顕微鏡による生細胞イメージング2023

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Journal Title

      生物物理

      Volume: 63(1) Pages: 33-37

    • DOI

      10.2142/biophys.63.33

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 非線形光学顕微鏡の脳科学研究への応用2023

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Journal Title

      フォトニクスニュース

      Volume: 8(3) Pages: 131-135

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Probing the spatiotemporal dynamics of oxytocin in brain tissue using a simple peptide alkyne-tagging approach2022

    • Author(s)
      Nakamura K, Karasawa K, Yasui M, Nuriya M
    • Journal Title

      Analytical Chemistry

      Volume: 94(35) Pages: 11990-11998

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.2c00452

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 見たいものを見える化する非線形ラマン散乱顕微鏡の薬理学研究への応用2022

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Journal Title

      日本薬理学雑誌

      Volume: 157 Pages: 371-375

    • DOI

      10.1254/fpj.22060

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ラマン散乱を用いた細胞水イメージング2022

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 54(13) Pages: 8-11

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非線形光学と非蛍光標識を用いた生理活性物質の可視化解析2023

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Organizer
      東京大学IRCN光学セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 非線形光学顕微鏡を用いた細胞・組織内分子動態の解析2022

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Organizer
      超高速光エレクトロニクス研究会
    • Invited
  • [Presentation] 脳組織内水動態の可視化解析2022

    • Author(s)
      塗谷睦生
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 多光子マルチモダルイメージングを使った脳組織内の水動態の可視化2022

    • Author(s)
      篠塚崇徳、宮澤剛史、唐澤啓子、小関泰之、安井正人、塗谷睦生
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
  • [Remarks] 塗谷グループホームページ

    • URL

      http://user.keio.ac.jp/~aa606547/homepage.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi